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Fahrdynamikregelung für fehlertolerante X-By-Wire-Antriebstopologien

Hoedt, Jens :
Fahrdynamikregelung für fehlertolerante X-By-Wire-Antriebstopologien.
[Online-Edition: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3631]
TU Darmstadt
[Dissertation], (2013)

Offizielle URL: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3631

Kurzbeschreibung (Abstract)

Diese Arbeit behandelt die systemtheoretische Analyse und modellbasierte Regelung von Fahrzeugen in X-By-Wire-Struktur mit verschiedenen Antriebstopologien. Auf verschiedene Reifen verteilte elektrische Maschinen zum Antreiben und Lenken des Fahrzeugs werden dabei als verteilte Redundanz interpretiert, um die Nachteile paralleler Redundanz zu umgehen. Im Normalbetrieb können die fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs dadurch gezielt verändert und verbessert werden. Auf Basis eines Fahrzeugmodells in Deskriptorform wird dazu eine ganzheitliche Fahrdynamikregelung entworfen, die auch die Regelung der elektrischen Maschinen einbeziehen kann. Durch die verteilte Redundanz erhalten verschiedene Fahrzeugkonfigurationen die Eigenschaft der differentiellen Flachheit, was einen besonders strukturierten 2-Freiheitsgrade Entwurf ermöglicht. Darauf aufbauend kann zum einen das Wunschverhalten des Fahrzeugs, insbesondere der Horizontaldynamik, in physikalischen Grenzen vollig frei vorgegeben und modelliert werden. Zum anderen wird eine systematische Analyse und ein methodischer Entwurf des Störverhaltens möglich. Auf Basis einer einfachen Reifenkraftschätzung und nichtlinearer Stabilitätstheorie wird Robustheit gegenüber charakteristischen Unsicherheiten wie unbekannten Reifenmodellparametern oder geometrischen Parametern des Fahrzeugschwerpunkts garantiert. Treten Aktorfehler auf oder werden Signal- bzw. Versorgungsleitungen zu den Aktoren unterbrochen, muss auf Basis der verteilten Redundanz funktionale Sicherheit für das Gesamtsystem garantiert werden. Ausgehend vom Deskriptormodell des Fahrzeugs wird eine einfache Rekonfiguration der Regelung möglich, um die Wirkung verschiedener Fehler zu kompensieren. Das Gesamtkonzept ist auf viele verschiedene Aktorkonfigurationen anwendbar und wie gezeigt wird abhängig von den verwendeten Aktoren in verschiedenem Maße fehlertolerant.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2013
Autor(en): Hoedt, Jens
Titel: Fahrdynamikregelung für fehlertolerante X-By-Wire-Antriebstopologien
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Diese Arbeit behandelt die systemtheoretische Analyse und modellbasierte Regelung von Fahrzeugen in X-By-Wire-Struktur mit verschiedenen Antriebstopologien. Auf verschiedene Reifen verteilte elektrische Maschinen zum Antreiben und Lenken des Fahrzeugs werden dabei als verteilte Redundanz interpretiert, um die Nachteile paralleler Redundanz zu umgehen. Im Normalbetrieb können die fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs dadurch gezielt verändert und verbessert werden. Auf Basis eines Fahrzeugmodells in Deskriptorform wird dazu eine ganzheitliche Fahrdynamikregelung entworfen, die auch die Regelung der elektrischen Maschinen einbeziehen kann. Durch die verteilte Redundanz erhalten verschiedene Fahrzeugkonfigurationen die Eigenschaft der differentiellen Flachheit, was einen besonders strukturierten 2-Freiheitsgrade Entwurf ermöglicht. Darauf aufbauend kann zum einen das Wunschverhalten des Fahrzeugs, insbesondere der Horizontaldynamik, in physikalischen Grenzen vollig frei vorgegeben und modelliert werden. Zum anderen wird eine systematische Analyse und ein methodischer Entwurf des Störverhaltens möglich. Auf Basis einer einfachen Reifenkraftschätzung und nichtlinearer Stabilitätstheorie wird Robustheit gegenüber charakteristischen Unsicherheiten wie unbekannten Reifenmodellparametern oder geometrischen Parametern des Fahrzeugschwerpunkts garantiert. Treten Aktorfehler auf oder werden Signal- bzw. Versorgungsleitungen zu den Aktoren unterbrochen, muss auf Basis der verteilten Redundanz funktionale Sicherheit für das Gesamtsystem garantiert werden. Ausgehend vom Deskriptormodell des Fahrzeugs wird eine einfache Rekonfiguration der Regelung möglich, um die Wirkung verschiedener Fehler zu kompensieren. Das Gesamtkonzept ist auf viele verschiedene Aktorkonfigurationen anwendbar und wie gezeigt wird abhängig von den verwendeten Aktoren in verschiedenem Maße fehlertolerant.

Freie Schlagworte: Fahrdynamikregelung, differentielle Flachheit, Deskriptorsystem, Fehlertoleranz, Unsicherheiten, Robustheit, Fahrzeugdynamik, elektrische Maschinen, Ljapunov
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Automatisierungstechnik > Regelungstechnik und Mechatronik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Automatisierungstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Hinterlegungsdatum: 13 Okt 2013 19:55
Offizielle URL: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3631
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-36318
Gutachter / Prüfer: Konigorski, Ulrich ; Roppenecker, Günter
Datum der Begutachtung bzw. der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 19 September 2013
Schlagworte in weiteren Sprachen:
Einzelne SchlagworteSprache
driving dynamics, vehicle control, flatness, fault tolerance, robustness, nonlinear damping, Ljapunov, descriptor systems, electrical drives Englisch
Alternatives oder übersetztes Abstract:
AbstractSprache
This contribution deals with the analysis and control of X-By-Wire-Vehicles in several drive topologies. Wheel individual electrical drives are interpreted as a distributed redundancy in order to avoid the disadvantages of parallel redundancy. Using this approach, it is possible to employ the redundancy to improve the behavior of the vehicle and the driving safety in normal operation state. For different actuator configurations and several combinations of actuator faults, it is possible to achieve fault tolerance by reconfiguration of the control law. In addition, this contribution employs Ljapunov-stability-based methods to achieve robustness in the presence of parameter uncertainties and disturbances. Englisch
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